DE102015113123B4 - Device for producing a polyphase electrical connection and an arrangement with corresponding devices - Google Patents

Device for producing a polyphase electrical connection and an arrangement with corresponding devices Download PDF

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Abstract

Eine Vorrichtung (1) zur Herstellung einer mehrphasigen elektrischen Verbindung umfasst mindestens ein Verbindungselement (2) pro Phase. Dabei umfasst jedes Verbindungselement (2) zwei Stromschienen (3) und eine Anzahl (N) identischer, in einer Ebene parallel angeordneter, flexibler Leiter (4), die die beiden Stromschienen (3) elektrisch leitend verbinden. Ein Abstand (a) geometrischer Mittelpunkte von Querschnitten benachbarter Leiter (4) voneinander ist mindestens doppelt so groß, wie ein äquivalenter Durchmesser (d, däqui) eines der Leiter (4). Jede Stromschiene (3) weist jeweils einen Anschlussbereich (5) zur elektrischen und mechanischen Verbindung des Verbindungselements (2) mit einer elektrischen Einrichtung auf, und die Verbindungselemente (2) sind parallel zueinander angeordnet. Die geometrischen Mittelpunkte der Querschnitte benachbarter Leiter (4) von benachbarten Verbindungselementen (2), die unterschiedlichen Phasen zugeordnet sind, weisen einen Abstand (b) voneinander auf, der jeweils höchstens die Hälfte des Produktes aus der Anzahl (N) der elektrischen Leiter (4) minus 1 multipliziert mit dem Abstand a der Leiter (4) einer Phase untereinander beträgt.A device (1) for producing a multi-phase electrical connection comprises at least one connecting element (2) per phase. In this case, each connecting element (2) comprises two busbars (3) and a number (N) of identical, in a plane arranged in parallel, flexible conductor (4) connecting the two busbars (3) electrically conductive. A distance (a) of geometric centers of cross sections of adjacent conductors (4) from each other is at least twice as large as an equivalent diameter (d, däqui) of one of the conductors (4). Each busbar (3) in each case has a connection region (5) for the electrical and mechanical connection of the connection element (2) to an electrical device, and the connection elements (2) are arranged parallel to one another. The geometric centers of the cross sections of adjacent conductors (4) of adjacent connecting elements (2), which are assigned to different phases, have a distance (b) from each other, each of which at most half of the product of the number (N) of the electrical conductors (4 ) minus 1 multiplied by the distance a of the conductors (4) of one phase with each other.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung einer mehrphasigen elektrischen Verbindung umfassend mindestens ein Verbindungselement pro Phase sowie eine Anordnung mit entsprechenden Vorrichtungen. The invention relates to a device for producing a multi-phase electrical connection comprising at least one connecting element per phase and an arrangement with corresponding devices.

In elektrischen Anlagen, wie sie beispielsweise Brennstoffzellenanwendungen, Elektro- und Hybridfahrzeuge oder auch Photovoltaikkraftwerke umfassen, ist es in der Regel notwendig, zwischen verschiedenen Komponenten dieser Anlagen elektrische Leistung zu übertragen. Hierzu finden elektrische Verbindungselemente Verwendung. Bei der Auswahl geeigneter Verbindungselemente spielen verschiedene Anforderungen eine Rolle. So müssen neben der zu übertragenden elektrischen Leistung z.B. auch mechanische Anforderungen und gegebenenfalls elektrodynamische Effekte mit berücksichtigt werden. In electrical systems, such as fuel cell applications, electric and hybrid vehicles or photovoltaic power plants, it is usually necessary to transfer electrical power between various components of these systems. For this purpose, electrical fasteners use. When selecting suitable fasteners different requirements play a role. Thus, in addition to the electrical power to be transmitted, e.g. Also mechanical requirements and possibly electrodynamic effects are taken into account.

Um große Leistungen zu übertragen, finden verbreitet massive Stromschienen z.B. aus Kupfer oder Aluminium Verwendung. So ist es üblich, Stromschienen z.B. auch zur Anbindung eines mehrphasigen, häufig dreiphasig ausgeführten Wechselspannungsausgangs eines Wechselrichters, an andere elektrische Komponenten einer elektrischen Anlage einzusetzen. In order to transmit large power, massive busbars are widely used e.g. made of copper or aluminum. Thus it is common to use busbars e.g. Also for connecting a multi-phase, often three-phase running AC voltage output of an inverter to use other electrical components of an electrical system.

Eine verbreitete Anforderung an solche elektrische Verbindungselemente ist, dass sie in der Lage sein sollen, Ungenauigkeiten bei der relativen Positionierung der zu verbindenden Komponenten zueinander auszugleichen, also einen sog. Toleranzausgleich zu ermöglichen. Das ist mit den oben erwähnten massiven Stromschienen nicht bzw. nur in sehr eingeschränktem Maße möglich. Aus diesem Grund werden bevorzugt mechanisch flexible Verbindungselemente eingesetzt, die z.B. aus Aluminium- oder Kupfergeflechten bestehen können (vgl. z.B. DE29703525U1 , Anspruch 1 und 4–6 mit Text). Hierbei handelt es sich häufig um Sonderanfertigungen, die entsprechend höhere Kosten verursachen können als sie sich beim Einsatz handelsüblicher Materialien ergeben würden. A common requirement of such electrical fasteners is that they should be able to compensate for inaccuracies in the relative positioning of the components to be connected to each other, so to enable a so-called. Tolerance compensation. This is not or only to a very limited extent possible with the above-mentioned solid busbars. For this reason, preferably mechanically flexible connecting elements are used, which may consist of aluminum or copper braids (cf., for example DE29703525U1 , Claim 1 and 4 - 6 with text). These are often custom-made, which can cause correspondingly higher costs than would be the case when using commercially available materials.

Bei allen oben genannten Verbindungselementen können physikalische Effekte wie der sog. Skin- und der Proximity-Effekt dazu führen, dass bei deren Einsatz in Wechselstromsystemen die Stromdichte innerhalb der Verbindungselemente im Gegensatz zu Gleichstromsystemen nicht homogen ist. Ist beispielsweise bei einem massiven zylindrischen Leiter der Leiterdurchmesser wesentlich größer als die aus dem Skin-Effekt resultierende sog. Eindringtiefe, trägt abhängig von der Frequenz unter Umständen nur eine Schicht der Dicke der Eindringtiefe unterhalb der Oberfläche des Leiters den gesamten Strom. Bei der Verwendung mehrere Leiter führt der Proximity-Effekt in Folge von Wirbelströmen bedingt durch die durch veränderliche Magnetfelder in benachbarten Leitern induzierten Spannungen zu einem weiteren Verdrängungseffekt. Bei parallel angeordneten Leitern, die durch einen gleichsinnigen Strom durchflossen sind, bewirkt die Überlagerung der beiden Effekte, dass der Stromfluss auf eine noch kleinere Querschnittsfläche des Leiters begrenzt ist. Entsprechend hoch ist der resultierende Wechselstromwiderstand im Vergleich zum Gleichstromwiderstand. Eine Darstellung dieser Effekte sowie ihrer Auswirkungen auf den Wechselstromwiderstand von Energiekabeln findet sich beispielsweise in R. Suchantke, H. Just, „Numerische Untersuchung des Wechselstromwiderstandes von Energiekabeln“, TU Berlin, Fachgebiet Theoretische Elektrotechnik, PROJEKT ELEKTROMAGNETISCHE SIMULATION: WECHSELSTROMWIDERSTAND ENERGIEKABEL, 13. MÄRZ 2014. For all of the above-mentioned connecting elements, physical effects such as the so-called skin and proximity effects can lead to the fact that, when used in alternating current systems, the current density within the connecting elements is not homogeneous, in contrast to DC systems. If, for example, in the case of a solid cylindrical conductor, the conductor diameter is considerably larger than the so-called penetration depth resulting from the skin effect, under certain circumstances only one layer of the thickness of the penetration depth below the surface of the conductor will carry the entire current, depending on the frequency. When using multiple conductors causes the proximity effect due to eddy currents due to the induced by variable magnetic fields in adjacent conductors voltages to another displacement effect. In the case of conductors arranged in parallel, which are traversed by a current in the same direction, the superposition of the two effects causes the current flow to be limited to an even smaller cross-sectional area of the conductor. The resulting AC resistance is correspondingly high compared to the DC resistance. An illustration of these effects as well as their effects on the AC resistance of power cables can be found, for example, in R. Suchantke, H. Just, "Numerical Investigation of the AC Resistance of Power Cables", TU Berlin, Department of Theoretical Electrical Engineering, PROJECT ELECTROMAGNETIC SIMULATION: AC RESISTANCE ENERGY CABLE, MARCH 13 , 2014.

Diese Verdrängungseffekte führen damit aufgrund der sich ergebenden Widerstände zu Verlusten und damit auch zu lokalen thermischen Belastungen innerhalb der Verbindungselemente. Dabei hängt die Größenordnung der Belastung u.a. von der Frequenz der Ströme, die durch die Verbindungselemente fließen und von geometrischen Faktoren, wie etwa dem Durchmesser oder dem Abstand der Verbindungselemente voneinander ab. These displacement effects thus lead to losses due to the resulting resistances and thus also to local thermal stresses within the connecting elements. In this case, the magnitude of the load u.a. from the frequency of the currents flowing through the connectors and from geometrical factors such as the diameter or spacing of the connectors.

Im Jahresbericht 2011 des Instituts für Elektrische Energieversorgung und Hochspannungstechnik der Technischen Universität Dresden ist ein Artikel von R. Adam mit dem Titel „Untersuchungen zur Stromverdrängung in Sammelschienensystemen von Niederspannungs-Schaltgerätekombinationen (NS-SK)“ enthalten. Dort finden sich Ergebnisse einer numerischen Simulation zur Stromdichteverteilung in parallel zueinander angeordneten Stromschienen eines dreiphasigen Systems unter Berücksichtigung von Skin- und Proximity- Effekten. Sie zeigen die nicht homogene Stromverteilung innerhalb eines Aufbaus mit sechs Stromschienen, die von einem dreiphasigen Strom durchströmt werden. Zu erkennen ist hier u.a. eine erhöhte Stromdichte im Randbereich sich gegenüberliegender Stromschienen unterschiedlicher Phase. The Annual Report 2011 of the Institute of Electrical Power Supply and High Voltage Technology of the Dresden University of Technology contains an article by R. Adam entitled "Investigations on Current Displacement in Busbar Systems of Low-Voltage Switchgear Combinations (NS-SK)". There you will find the results of a numerical simulation of the current density distribution in mutually parallel busbars of a three-phase system, taking into account skin and proximity effects. They show the non-homogeneous current distribution within a structure with six busbars, which are traversed by a three-phase current. To recognize here u.a. an increased current density in the edge region of opposing busbars of different phase.

In der US3178668A wird unter anderem auf die Möglichkeiten der Reduzierung der Impedanz in mehrphasigen Energieübertragungssystemen durch eine enge räumliche Anordnung von Stromschienen einzelner Phasen hingewiesen. In the US3178668A Among other things, the possibilities of reducing the impedance in multiphase energy transmission systems by a close spatial arrangement of bus bars of individual phases is pointed out.

In der US20100051342A1 wird die Anordnung von magnetischen Abschirmungen zwischen Stromschienen vorgeschlagen, um Proximity-Effekte bedingt durch den durch die parallel angeordneten Stromschienen fließenden Strom zu vermindern. Im Stand der Technik finden sich verschiedene Ansätze durch einen geschickten inneren Aufbau von Leitern bzw. Verbindungselementen den Einfluss der oben geschilderten Verdrängungseffekte zu verringern oder den Materialbedarf dieser Elemente z.B. durch die Verwendung von Hohlleitern zu verringern (vgl. z.B. DE10 2012107751A1 ; Ansprüche 1 und 3, 1). In the US20100051342A1 the arrangement of magnetic shields between bus bars is proposed in order to reduce proximity effects due to the current flowing through the parallel bus bars current. In the prior art, various approaches to reduce the influence of the above-described displacement effects by a skillful internal structure of conductors or connecting elements or reduce the material requirements of these elements, for example by the use of waveguides (see, eg DE10 2012107751A1 ; Claims 1 and 3, 1 ).

So werden in einigen Anwendungen sog. Milliken-Leiter eingesetzt. Sie sind aus verseilten, elektrisch isolierten Segmenten aufgebaut, die ihrerseits aus verseilten Einzeldrähten bestehen. Hierdurch soll erreicht werden, dass durch jeden Einzeldraht Strom gleicher Stärke fließt und sich so die durch die Stromflüsse in den einzelnen Einzeldrähten induzierten Spannungen gegenseitig kompensieren können. In der Regel werden die Leiter zusätzlich von einer Isolationsschicht und einem Kupfer- oder Aluminiumschirm umhüllt (vgl. z.B. DE102013100955A1 , Anspruch 1, 2b und 3 i.V.m. [0040]). For example, so-called Milliken ladders are used in some applications. They are made of stranded, electrically insulated segments, which in turn consist of stranded individual wires. As a result, it is to be achieved that current flows through each individual wire of the same strength and so can compensate each other for the voltages induced by the current flows in the individual individual wires. In general, the conductors are additionally surrounded by an insulating layer and a copper or aluminum screen (cf., for example DE102013100955A1 , Claim 1, 2 B and 3 in connection with [0040]).

Daneben finden auch Drahtgeflechte als Verbindungselement Verwendung, die mechanisch gesehen durch ihre Flexibilität Vorteile gegenüber Stromschienen aber auch gegenüber den erwähnten Milliken-Leitern aufweisen(vgl. z.B. DE29703525U1 , Anspruch 1 und 4–6 mit Text). Durch die Verwendung solcher Drahtgeflechte kann die durch die oben beschriebenen Verdrängungseffekte bedingte Inhomogenität der Stromverteilung innerhalb der Verbindungselemente bestenfalls verringert werden. Bei den üblicherweise verwendeten Aluminium- oder Kupfergeflechten handelt es sich häufig um Sonderanfertigungen, die entsprechend höhere Kosten verursachen als dies beim Einsatz handelsüblicher Materialien der Fall wäre. In addition, wire braids are also used as connecting elements which, viewed mechanically, have advantages over busbars but also with respect to the mentioned Milliken conductors (cf. DE29703525U1 , Claim 1 and 4 - 6 with text). By using such wire meshes, the inhomogeneity of the current distribution within the connecting elements caused by the above-described displacement effects can at best be reduced. The commonly used aluminum or copper braids are often custom-made, which incurs correspondingly higher costs than would be the case with the use of commercially available materials.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung einer mehrphasigen elektrischen Verbindung sowie eine Anordnung mit einer entsprechenden Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, wobei die Vorrichtung aus handelsüblichen Leitern aufgebaut ist und bei der eine möglichst homogene Stromdichteverteilung innerhalb der Vorrichtung erreicht wird, um zu verhindern, dass Bereiche innerhalb der Vorrichtung aufgrund einer lokal erhöhten Verlustleistung thermisch überlastet werden. It is therefore an object of the present invention to provide a device for producing a multi-phase electrical connection and an arrangement with a corresponding device, wherein the device is constructed of commercially available conductors and in which a homogeneous current density distribution within the device is achieved in order to Prevent areas within the device are thermally overloaded due to a locally increased power loss.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur Herstellung einer mehrphasigen elektrischen Verbindung gemäß Anspruch 1 sowie eine Anordnung aus elektrischen Stromschienen elektrischer Einrichtungen, die durch eine entsprechende Vorrichtung verbunden sind, gemäß Anspruch 8. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. The object is achieved by a device for producing a polyphase electrical connection according to claim 1 and an arrangement of electrical busbars of electrical devices which are connected by a corresponding device, according to claim 8. Preferred embodiments are described in the dependent claims.

Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung einer mehrphasigen elektrischen Verbindung mit mindestens einem Verbindungselement pro Phase, umfasst jedes Verbindungselement zwei Stromschienen und eine Anzahl N identischer, in einer Ebene parallel angeordneter, flexibler Leiter, die die beiden Stromschienen elektrisch leitend verbinden. Dabei ist ein Abstand a geometrischer Mittelpunkte von Querschnitten benachbarter Leiter voneinander mindestens doppelt so groß wie ein Durchmesser d eines dieser Leiter. Es gilt damit folgende Bedingung 1: a ≥ 2d In a device according to the invention for producing a multi-phase electrical connection with at least one connecting element per phase, each connecting element comprises two busbars and a number N identical, in a plane arranged in parallel, flexible conductor, which connect the two busbars electrically conductive. In this case, a distance a of geometric centers of cross sections of adjacent conductors is at least twice as large as a diameter d of one of these conductors. The following condition 1 applies: a ≥ 2d

Finden Kabel mit einem nicht kreisförmigen Querschnitt Verwendung, so kann man obige Beziehung anwenden, indem man für einen solchen Leiter mit einer Querschnittsfläche A an Stelle des Durchmessers d einen äquivalenten Durchmesser däqui verwendet:

Figure DE102015113123B4_0002
If cables with a non-circular cross-section are used, the above relationship can be applied by using an equivalent diameter d equi for a conductor with a cross-sectional area A instead of the diameter d:
Figure DE102015113123B4_0002

Jede Stromschiene weist jeweils einen Anschlussbereich zur elektrischen und mechanischen Verbindung des Verbindungselements mit elektrischen Stromschienen einer elektrischen Einrichtung auf. Dabei sind die Verbindungselemente, die Strom unterschiedlicher Phasen übertragen, parallel zueinander angeordnet und ein Abstand der geometrischen Mittelpunkte der Querschnitte benachbarter Leiter von benachbarten Verbindungselementen voneinander beträgt jeweils höchstens die Hälfte des Produktes aus der Anzahl der elektrischen Leiter minus 1 multipliziert mit dem Abstand der Leiter einer Phase untereinander. Diese zweite Bedingung lässt sich mit folgender Formel ausdrücken (Bedingung 2): b ≤ 1 / 2(N – 1)a Each bus bar in each case has a connection region for the electrical and mechanical connection of the connection element to electrical busbars of an electrical device. In this case, the connecting elements which transmit current of different phases, arranged parallel to each other and a distance of the geometric centers of the cross sections of adjacent conductors of adjacent connecting elements from each other is at most half of the product of the number of electrical conductors minus 1 multiplied by the distance of the head of a Phase with each other. This second condition can be expressed by the following formula (condition 2): b ≤ 1/2 (N - 1) a

Mit einer solchen Vorrichtung kann beispielsweise eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen Stromschienen eines dreiphasigen Wechselstromausgangs eines Wechselrichters und denen eines Niederspannungseingangs eines Transformators hergestellt werden. In den Leitern einer erfindungsgemäßen Vorrichtung findet eine komplexe Überlagerung der einzelnen Verdrängungseffekte statt. Zum einen führt der Skin-Effekt innerhalb der einzelnen Leiter zu einer Verdrängung des Stromes in den Außenbereich der einzelnen Leiter. Zwischen den Leitern eines Verbindungselements einer Phase findet aufgrund des Proximity-Effektes eine Stromverdrängung in gegenüberliegenden Bereichen statt. Durch eine entsprechend der Bedingung 2 definierte beabstandete Anordnung der Verbindungselemente der Vorrichtung, die Strom anderer relativer Phasenlagen übertragen, kommt es zu einer Erhöhung der Stromdichte insbesondere in sich gegenüberliegenden Leitern unterschiedlicher Phase. Dieser Effekt ist besonders stark ausgeprägt, wenn die Phasendifferenz nahe 180° beträgt. Im Ergebnis führt diese Überlagerung der Einzeleffekte zu einer homogeneren Stromdichteverteilung innerhalb der einzelnen Leiter. Auf diese Weise steht nahezu der gesamte Leiterquerschnitt zum Stromtransport zur Verfügung und es lassen sich somit im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen kostengünstige Verbindungselemente realisieren. With such a device, for example, an electrically conductive connection between busbars of a three-phase AC output of an inverter and those of a low-voltage input of a transformer can be produced. In the ladders of a device according to the invention, a complex superimposition of the individual displacement effects takes place. On the one hand, the skin effect within the individual conductors leads to a displacement of the current into the outer area of the individual conductors. Between the conductors of a connecting element of a phase takes place due to the proximity effect, a current displacement in opposite areas. By a defined according to the condition 2 spaced arrangement of the connecting elements of the device, the current of other relative Transfer phase positions, there is an increase in the current density, especially in opposite conductors of different phases. This effect is particularly pronounced when the phase difference is close to 180 °. As a result, this superposition of the individual effects leads to a more homogeneous current density distribution within the individual conductors. In this way, almost the entire conductor cross section for current transport is available and it can thus be compared to conventional solutions cost-effective fasteners realize.

Die Erfindung macht sich die eigentlich unerwünschten Wirkungen der bereits erwähnten Skin- und Proximity-Effekte auf die Stromdichteverteilung innerhalb einer Vorrichtung zur Herstellung einer mehrphasigen elektrischen Verbindung zunutze, um durch eine durch den Aufbau der Vorrichtung bedingte vorteilhafte Überlagerung der beiden Effekte, eine teilweise Kompensation im Hinblick auf die Stromverdrängung innerhalb der Vorrichtung zu erreichen. The invention makes use of the actually undesirable effects of the already mentioned skin and proximity effects on the current density distribution within a device for producing a multi-phase electrical connection, in order to achieve a partial compensation in the case of an advantageous superposition of the two effects due to the design of the device To achieve the current displacement within the device.

Auf diese Weise ergibt sich eine wesentlich homogenere Stromdichteverteilung innerhalb der Vorrichtung. Damit lassen sich Vorrichtungen zur Herstellung einer mehrphasigen elektrischen Verbindung realisieren, die einen sehr einfachen Aufbau und einen geringen Materialbedarf haben und damit gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen kostengünstig realisierbar sind. In this way results in a much more homogeneous current density distribution within the device. This makes it possible to realize devices for producing a multi-phase electrical connection, which have a very simple structure and a low material requirement and can therefore be implemented cost-effectively compared with the solutions known from the prior art.

Der Durchmesser der Leiter ist kleiner oder gleich der sich aufgrund des Skin-Effektes ergebenden Eindringtiefe. Dabei ist die Eindringtiefe sowohl von der Frequenz auch von der elektrischen Leitfähigkeit und der Permeabilität des Materials abhängig. The diameter of the ladder is less than or equal to the penetration depth resulting from the skin effect. The penetration depth depends on the frequency as well as on the electrical conductivity and the permeability of the material.

Die Befestigung der einzelnen Leiter an den Stromschienen kann auf unterschiedlichste Weise erfolgen. So sind beispielsweise bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung die Leiter mit Hilfe von Kabelschuhen an den Stromschienen befestigt. In einer alternativen Ausführungsform sind die Leiter zur elektrischen Kontaktierung einzeln mit den Stromschienen verpresst oder kaltverschweißt. The attachment of the individual conductors to the busbars can be done in different ways. For example, in a device according to the invention, the conductors are fastened to the conductor rails with the aid of cable lugs. In an alternative embodiment, the conductors for electrical contacting are individually pressed or cold-welded to the busbars.

Zur mechanischen Fixierung der Position der Leiter sind in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform der Vorrichtung zwischen den Leitern eines Verbindungselements elektrisch isolierende Distanzstücke angeordnet. Zusätzlich oder alternativ sind in einer anderen Ausführungsform der Vorrichtung zwischen benachbarten Verbindungselementen elektrisch isolierende Distanzstücke angeordnet, um z.B. beim Auftreten von Kurschlüssen und/oder bei Erwärmung auftretende Kräfte zwischen den Verbindungselementen abzufangen. For mechanically fixing the position of the conductors, in an embodiment according to the invention of the device between the conductors of a connecting element electrically insulating spacers are arranged. Additionally or alternatively, in another embodiment of the device, electrically insulating spacers are disposed between adjacent connecting elements, e.g. to intercept forces occurring between the connecting elements when short circuits occur and / or when heating occurs.

In einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung werden die Leiter der Verbindungselemente und/oder die gesamte Vorrichtung vergossen. Hierbei können unterschiedliche elektrisch isolierende Vergussmassen zum Einsatz kommen, die z.B. je nach Einsatzbereich unterschiedliche mechanische Eigenschaften aufweisen, um beispielsweise die mechanische Flexibilität der Verbindungselemente bzw. der Vorrichtung zu erhalten, die für einen Toleranzausgleich bei der Verbindung zweier elektrischer Einrichtungen benötigt wird. Alternativ kann der Verguss der Vorrichtung auch erst nach Herstellung der Verbindung zweier elektrischer Einrichtungen erfolgen. In diesem Fall könnte die Vorrichtung nach Verguss auch starr ausgebildet sein. In a further embodiment of a device according to the invention, the conductors of the connecting elements and / or the entire device are encapsulated. In this case, different electrically insulating casting compounds can be used, which are e.g. Depending on the application, they have different mechanical properties, for example, to obtain the mechanical flexibility of the connecting elements or the device, which is required for a tolerance compensation in the connection of two electrical devices. Alternatively, the potting of the device can also be made only after the connection of two electrical devices. In this case, the device could also be rigid after encapsulation.

Weiter sieht eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung einer mehrphasigen elektrischen Verbindung vor, dass die Leiter jeweils mit einer elektrisch isolierenden Ummantelung z.B. aus Gummi, PVC oder TPE versehen sind. Furthermore, a preferred embodiment of a device for producing a multi-phase electrical connection according to the invention provides that the conductors are each provided with an electrically insulating sheath, e.g. made of rubber, PVC or TPE.

In einer erfindungsgemäßen Anordnung aus elektrischen Stromschienen elektrischer Einrichtungen, die durch eine Vorrichtung nach einer der zuvor beschriebenen Vorrichtungen verbunden sind, sind die Verbindungselemente derart mit den Stromschienen der elektrischen Einrichtungen verbunden, dass keine benachbarten Verbindungselemente der gleichen Phase zugeordnet sind. Hierdurch lässt sich eine deutlich homogenere Stromdichteverteilung innerhalb der Teilelemente erzielen. In an inventive arrangement of electrical busbars of electrical devices, which are connected by a device according to one of the devices described above, the connecting elements are connected to the busbars of the electrical devices such that no adjacent connecting elements of the same phase are assigned. This allows a much more homogeneous current density distribution within the sub-elements can be achieved.

In einer weiteren erfindungsgemäßen Anordnung sind die Verbindungselemente so angeordnet, dass eine Abweichung einer Phasendifferenz des Stroms durch zwei benachbarte Verbindungselemente von 180° minimal ist. Hierdurch soll erreicht werden, dass alle vorhandenen Leiter aufgrund der sich ergebenden Überlagerung der verschiedenen magnetischen Felder einer ähnlich starken magnetischen Feldstärke ausgesetzt sind. Dadurch lässt sich im Vergleich zu herkömmlichen Vorrichtung zur Herstellung einer mehrphasigen elektrischen Verbindung eine deutlich homogenere Stromdichteverteilung innerhalb der Leiter realisieren. In a further inventive arrangement, the connecting elements are arranged so that a deviation of a phase difference of the current through two adjacent connecting elements of 180 ° is minimal. This is to ensure that all existing conductors are exposed to a similar strong magnetic field strength due to the resulting superposition of the different magnetic fields. As a result, a significantly more homogeneous current density distribution within the conductors can be realized in comparison with conventional apparatus for producing a multi-phase electrical connection.

Im Folgenden wird die Erfindung mithilfe von Figuren dargestellt, von denen In the following the invention is illustrated by means of figures, of which

1 eine erfindungsgemäße dreiphasige Ausführungsform einer Vorrichtung zur Herstellung einer mehrphasigen elektrischen Verbindung, 1 a three-phase embodiment of a device according to the invention for producing a multi-phase electrical connection,

2 ein erfindungsgemäßes Verbindungselement, 2 a connecting element according to the invention,

3 eine schematische Darstellung der räumlichen Anordnung der elektrischen Leiter in einer dreiphasige Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung einer mehrphasigen elektrischen Verbindung und 3 a schematic representation of the spatial arrangement of the electrical conductors in a three-phase embodiment of a device according to the invention for producing a multi-phase electrical connection and

4 eine schematische Darstellung der Phasenlage verschiedener stromführender Systeme und der dieser Phasenlage zugeordneten räumlichen Anordnung der Verbindungselemente zueinander zeigt. 4 a schematic representation of the phase position of various current-carrying systems and the phase position associated with this spatial arrangement of the connecting elements to each other.

1 zeigt eine erfindungsgemäße dreiphasige Ausführungsform einer Vorrichtung 1 zur Übertragung eines dreiphasigen Stroms. Die Vorrichtung 1 weist im dargestellten Fall pro Phase je ein Verbindungselement 2 auf, wobei die beiden Stromschienen 3 der Verbindungselemente 2 durch jeweils zehn Leiter 4 miteinander elektrisch leitend verbunden sind. Die Leiter 4 eines Verbindungselements sind parallel zueinander angeordnet und bezüglich ihres Materials und ihrer Geometrie identisch. Dabei erfolgt die Befestigung der einzelnen Leiter 4 an den entsprechenden Stromschienen 3 in der dargestellten Ausführungsform mit Hilfe von Kabelschuhen 7. Eine alternative Kontaktierung der Leiter an den Stromschienen z.B. mittels Verpressen oder Verschweißen ist aber auch möglich. Bei der parallelen Anordnung der Verbindungselemente 2 zueinander ist der Abstand b gemäß der Bedingung 2 zu wählen. Die elektrische und mechanische Verbindung der einzelnen Verbindungselemente 2 mit elektrischen Stromschienen 6 elektrischer Einrichtungen sind in der in 1 dargestellten Perspektive nicht im Detail zu erkennen. Die elektrischen Einrichtungen sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. 1 shows a three-phase embodiment of a device according to the invention 1 for transmission of a three-phase current. The device 1 has in the case shown per phase per one connecting element 2 on, with the two power rails 3 the connecting elements 2 by ten conductors each 4 are electrically connected to each other. The ladder 4 a connecting element are arranged parallel to each other and identical in terms of their material and their geometry. The attachment of the individual conductors takes place 4 at the corresponding busbars 3 in the illustrated embodiment by means of cable lugs 7 , An alternative contacting the conductor to the busbars, for example by means of pressing or welding but also possible. In the parallel arrangement of the connecting elements 2 to each other is the distance b according to the condition 2 to choose. The electrical and mechanical connection of the individual connecting elements 2 with electric busbars 6 Electrical facilities are in the in 1 perspective not to be seen in detail. The electrical devices are not shown for reasons of clarity.

In der 2, die eine perspektivische Aufsicht auf ein Verbindungselement 2 der 1 zeigt, ist neben den Stromschienen 2, den Kabelschuhen 7 und den Leitern 4 auch jeweils ein Anschlussbereich 5 zur elektrischen und mechanischen Verbindung des Verbindungselements 2 mit in dieser Figur nicht enthaltenen elektrischen Stromschienen 6 elektrischer Einrichtungen dargestellt. Diese Verbindungen der Stromschienen 3 mit den Stromschienen 6 elektrischer Einrichtungen in den Bereichen der Anschlussbereiche 5 können z.B. durch Verschrauben, Vernieten oder Verschweißen hergestellt werden. Dabei kann die Form und die Größe der in der 2 quadratisch angedeuteten Anschlussbereiche 5 entsprechend externer Anforderungen variieren. In the 2 showing a perspective view of a fastener 2 of the 1 shows is next to the busbars 2 , the cable lugs 7 and the ladders 4 also each a connection area 5 for the electrical and mechanical connection of the connecting element 2 with electric bus bars not included in this figure 6 represented electrical facilities. These connections of the busbars 3 with the busbars 6 electrical equipment in the areas of the connection areas 5 can be made for example by screwing, riveting or welding. The shape and size of the in 2 square indicated connection areas 5 vary according to external requirements.

3 zeigt schematisch einen Schnitt durch eine dreiphasig ausgebildete Vorrichtung 1 im Bereich der Leiter 4. Dargestellt sind hier nur die Querschnitte der Leiter 4. Pro Phase werden auch hier wieder zehn Leiter 4 mit einem Durchmesser d verwendet. Die Leiter 4 eines Verbindungselements 21, 22, 23 haben jeweils einen Abstand a voneinander und die drei dargestellten Verbindungselemente 21, 22, 23 haben jeweils einen Abstand b voneinander. Dabei sind auch die beiden weiter vorn angeführten Bedingungen a ≥ 2d und b ≤ 1 / 2(N – 1)a erfüllt. 3 schematically shows a section through a three-phase device 1 in the field of ladder 4 , Shown here are only the cross sections of the ladder 4 , Again, there are ten leaders per phase 4 used with a diameter d. The ladder 4 a connecting element 21 . 22 . 23 each have a distance a from each other and the three connecting elements shown 21 . 22 . 23 each have a distance b from each other. The two conditions given earlier are a ≥ 2d and b ≤ 1/2 (N - 1) a Fulfills.

Die 4a) bis c) zeigen jeweils in einem oberen Bereich eine Stromzeigerdarstellung, bei der bildlich jeweils die Lage der Phasen der Ströme zueinander in verschiedenen Systemen durch die verwendeten Pfeile angedeutet ist. Im ersten Fall nach 4a) handelt es sich um ein zweiphasiges System, bei dem die Phasendifferenz 180° beträgt. Es folgt in 4b) ein dreiphasiges System mit jeweils 120° Phasendifferenz. Direkt unterhalb der Darstellung der Phasenlage ist schematisch die Anordnung der Teilelemente 4 zueinander angegeben. Für die Fälle 4a) und 4b) ist keine Anordnung der Teilelemente 2 zueinander ausgezeichnet. Bei den beiden weiteren Beispielen 4c) und 4d), die beispielhaft stromführende Systeme mit fünf bzw. neun unterschiedlichen Phasen darstellen, ist bei der Anordnung der Verbindungselemente 2 hinsichtlich des Einflusses des Proximity-Effektes auf die Stromdichteverteilung innerhalb der Leiter 4 zu berücksichtigen, dass eine Abweichung einer Phasendifferenz des Stroms durch zwei benachbarte Verbindungselemente 2 von 180° minimal ist. Damit ergibt sich im in 4c) dargestellten Beispiel eine Anordnung, bei der die Phasendifferenz des Stroms durch zwei benachbarte Verbindungselemente 2 jeweils 144° beträgt, wenn neben dem Verbindungselement 2 mit der Phasenlage 1‘ das Verbindungselement 2 mit der Phasenlage 3‘ angeordnet wird. Daneben folgen die Verbindungselemente 2 mit den Phasenlagen 5‘, 2‘ und dann 4‘. Ganz analog ist bei dem in der Teilfigur 4d) dargestellten Fall zu verfahren, bei dem zwischen benachbarten Stromzeigern eine Phasendifferenz von 40° besteht. In diesem Fall wählt man bei der Anordnung der neun Verbindungselemente 2 folgende Abfolge hinsichtlich der Phasenlage: 1‘, 5‘, 9‘, 4‘, 8‘, 3‘, 7‘, 2‘, 6‘. Damit beträgt die Phasendifferenz der Ströme durch benachbarte Verbindungselemente 2 160°. The 4a) to c) each show in an upper area a current vector representation in which the position of the phases of the currents relative to one another in different systems is indicated graphically by the arrows used. In the first case after 4a) it is a two-phase system in which the phase difference is 180 °. It follows in 4b) a three-phase system, each with 120 ° phase difference. Directly below the representation of the phase position, the arrangement of the sub-elements 4 is shown schematically to each other. For the cases 4a) and 4b) no arrangement of the sub-elements 2 to each other is excellent. In the two other examples 4c) and 4d), which represent exemplary current-carrying systems with five or nine different phases, is in the arrangement of the connecting elements 2 regarding the influence of the proximity effect on the current density distribution within the conductors 4 to take into account that a deviation of a phase difference of the current through two adjacent connecting elements 2 of 180 ° is minimal. This results in the in 4c) Example shown an arrangement in which the phase difference of the current through two adjacent connecting elements 2 each 144 °, if next to the connecting element 2 with the phase position 1 ', the connecting element 2 is arranged with the phase position 3 '. Next to it follow the connecting elements 2 with the phase positions 5 ', 2' and then 4 '. Quite analogous is the one in the subfigure 4d) in the case shown, in which there is a phase difference of 40 ° between adjacent current hands. In this case, one chooses in the arrangement of the nine fasteners 2 following sequence with respect to the phase position: 1 ', 5', 9 ', 4', 8 ', 3', 7 ', 2', 6 '. Thus, the phase difference of the currents through adjacent connecting elements 2 160 °.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1
Vorrichtung contraption
2 2
Verbindungselement connecting element
3 3
Stromschiene conductor rail
4 4
Leiter ladder
5 5
Anschlussbereich terminal area
6 6
Stromschiene conductor rail
7 7
Kabelschuh lug
21 21
Verbindungselement connecting element
22 22
Verbindungselement connecting element
23 23
Verbindungselement connecting element

Claims (9)

Vorrichtung (1) zur Herstellung einer mehrphasigen elektrischen Verbindung, umfassend mindestens ein Verbindungselement (2) pro Phase, wobei jedes Verbindungselement (2) zwei Stromschienen (3) und eine Anzahl (N) identischer, in einer Ebene parallel angeordneter, flexibler Leiter (4) umfasst, die die beiden Stromschienen (3) elektrisch leitend verbinden, wobei ein Abstand (a) geometrischer Mittelpunkte von Querschnitten benachbarter Leiter (4) voneinander mindestens doppelt so groß ist wie ein äquivalenter Durchmesser (d, däqui) eines der Leiter (4), wobei jede Stromschiene (3) jeweils einen Anschlussbereich (5) zur elektrischen und mechanischen Verbindung des Verbindungselements (2) mit einer elektrischen Einrichtung aufweist und wobei die Verbindungselemente (2) parallel zueinander angeordnet sind und die geometrischen Mittelpunkte der Querschnitte benachbarter Leiter (4) von benachbarten Verbindungselementen (2), die unterschiedlichen Phasen zugeordnet sind, einen Abstand (b) voneinander aufweisen, der jeweils höchstens die Hälfte des Produktes aus der Anzahl (N) der elektrischen Leiter (4) minus 1 multipliziert mit dem Abstand (a) der Leiter (4) einer Phase untereinander beträgt. Contraption ( 1 ) for producing a polyphase electrical connection, comprising at least one connecting element ( 2 ) per phase, each connecting element ( 2 ) two busbars ( 3 ) and a number (N) of identical, in a plane parallel, flexible conductor ( 4 ), the two busbars ( 3 ) electrically conductively, wherein a distance (a) geometric centers of cross sections of adjacent conductors ( 4 ) is at least twice as large as an equivalent diameter (d, d equi ) of one of the conductors ( 4 ), each busbar ( 3 ) each have a connection area ( 5 ) for the electrical and mechanical connection of the connecting element ( 2 ) with an electrical device and wherein the connecting elements ( 2 ) are arranged parallel to each other and the geometric centers of the cross sections of adjacent conductors ( 4 ) of adjacent connecting elements ( 2 ), which are assigned to different phases, have a distance (b) from one another, which in each case at most half the product of the number (N) of the electrical conductors ( 4 ) minus 1 multiplied by the distance (a) of the ladder ( 4 ) is a phase with each other. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die Leiter (4) mit Hilfe von Kabelschuhen (7) an den Stromschienen (3) befestigt sind. Contraption ( 1 ) according to claim 1, wherein the conductors ( 4 ) with the help of cable lugs ( 7 ) on the busbars ( 3 ) are attached. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die Leiter (4) zur elektrischen Kontaktierung einzeln mit den Stromschienen (3) verpresst oder kaltverschweißt sind. Contraption ( 1 ) according to claim 1, wherein the conductors ( 4 ) for electrical contacting individually with the busbars ( 3 ) are pressed or cold-welded. Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zwischen den Leitern (4) eines Verbindungselements (2) elektrisch isolierende Distanzstücke angeordnet sind. Contraption ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein between the conductors ( 4 ) of a connecting element ( 2 ) electrically insulating spacers are arranged. Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zwischen benachbarten Verbindungselementen (2) elektrisch isolierende Distanzstücke angeordnet sind. Contraption ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein between adjacent connecting elements ( 2 ) electrically insulating spacers are arranged. Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Leiter (4) der Verbindungselemente und/oder die gesamte Vorrichtung vergossen sind/ist. Contraption ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the conductors ( 4 ) of the connecting elements and / or the entire device is shed / is. Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Leiter (4) jeweils mit einer elektrisch isolierenden Ummantelung, insbesondere aus Gummi, PVC oder TPE versehen sind. Contraption ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the conductors ( 4 ) are each provided with an electrically insulating sheath, in particular made of rubber, PVC or TPE. Anordnung aus elektrischen Stromschienen (6) elektrischer Einrichtungen, die durch eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 verbunden sind, wobei die Verbindungselemente (2, 21, 22, 23) derart mit den Stromschienen (6) der elektrischen Einrichtungen verbunden sind, dass keine benachbarten Verbindungselemente (6) der gleichen Phase zugeordnet sind. Arrangement of electric busbars ( 6 ) electrical devices, which are connected by a device according to one of claims 1 to 7, wherein the connecting elements ( 2 . 21 . 22 . 23 ) so with the busbars ( 6 ) of the electrical devices are connected such that no adjacent connecting elements ( 6 ) are assigned to the same phase. Anordnung nach Anspruch 8, wobei die Verbindungselemente (2) so angeordnet sind, dass eine Abweichung einer Phasendifferenz des Stroms durch zwei benachbarte Verbindungselemente (2) von 180° minimal ist. Arrangement according to claim 8, wherein the connecting elements ( 2 ) are arranged such that a deviation of a phase difference of the current through two adjacent connecting elements ( 2 ) of 180 ° is minimal.
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